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简析椭圆形管板翅式换热器的优越性点击：1923 日期：[ 2014-04-26 22:01:01 ] |
| 简析椭形圆管板翅式换热器的优越性 张鹏 柳青 吴玲飞 (兰州交通大学工程热物理研究所 甘肃 兰州 730070) 【摘 要】在现代科学的许多领域，换热器是不可缺少的重要设备。 随着人们对节能问题的日益重视，新型强化传热技术的应用和高效换热 器的研制也变得越来越重要。椭圆管式换热器因为其低阻特性，近年来受到越来越多的关注。通过应用萘升华传质/传热比拟技术，在雷诺数为 500～3500 范围内，对三排椭圆管光板换热板芯进行了平均传质/传热实验研究，在不同雷诺数下对三排错排椭圆管换热板芯进行了光板与加设 三角小翼式 CFU 和 CFD 涡产生器的局部传质/传热实验研究，并在此基础上分析对比了两种不同位置涡产生器条件下的强化传热效果。 【关键词】椭圆管；强化传热；涡产生器 1．椭圆管板式翅片换热器的研究现状 圆管式换热器换热效果好、制造工艺简单等优点使其普遍应用在 空调、散热器等设备中。 国内外对圆管式换热器的研究比较多，已经出 版的关于板式翅片换热器传热的很多文献都是关于圆管的。 然而实践 证明，与圆管相比，椭圆管具有气动特性好，绕流阻力低，在横截面积 相等情况下传热周边长，有利于传热和结构紧凑的特点。 尽管人们对 横掠椭圆管的换热及流动特性很早就进行过研究，但由于椭圆管制造 困难及承压能力较低，在工程上并没有得到广泛应用。 近年来随着对 节能工作的日益重视及制造技术的不断提高，椭圆管及其它低阻力管 形又重新引起了工业界的兴趣，椭圆管换热器的研究开发日益受到人 们的重视。 国内外许多专家针对椭圆管换热开展了不同程度的研究。 Brauer 在紊流条件下，对错排圆管和椭圆管分别进 行实验，实验结果指出，椭圆管传热系数比圆管高 15％，而其阻力比圆 管低 18％。对某一特定换热量，与圆管换热器相比，椭圆管式换热器所 需的换热面积更小，消耗功率也更小。 总的来讲，椭圆管较之圆管而言 有更明显的优点：第一是换热效果得到改善。 对相同周长而言，由于椭 圆管流通截面积比圆管小，若流量不变则扰动加强，管内对流换热得 到强化。 对管外情况而言，从流体分离点位置和边界层发展来看，椭圆 管外的平均换热效果总是优于圆管，由于椭圆近似于流线型，流体外 掠时阻力较小，在允许相同的流动阻力下可提高流速，因而外部传热 也可以得到强化。 第二是椭圆管外部流动特性好。 当流体沿椭圆长轴 方向横掠时，相对椭圆管分离点后移，无疑在分离区内由于卡门涡街 造成的流动损失会大大减小。 第三是换热器结构紧凑，即在相同的流 通面积下椭圆管传热周边长，换热面积也相应增加，结构上也允许布 置得更紧凑，使单位体积的换热量增加。 2.传质/传热数据处理方法 在本文平均实验中,用称量质量法测定传质系数,即通过称量出整 个铸萘试件吹风前后的质量差,得出其总的升华量,进而获得平均传质 系数. 3.阻力系数处理方法 阻力系数是表征流场中粘性阻力和惯性阻力相对大小的重要指 标之一。 对同一板芯结构来说，低雷诺数时，粘性力占主导地位，阻力 系数较大；高雷诺数时，惯性阻力占主导地位，阻力系数较小。 但阻力 系数也能体现不同板芯结构系统阻力的相对大小，是换热器板芯性能综合评价指标之一。 平均实验研究结果表明：（1）对于同一板芯，舍伍德数随着雷诺数的增加而提高，阻力系数随着雷诺数的增大而减小。（2）在其他条件相同的情况下，舍伍德数随着片间距的增大而增大，阻力系数随着片间距的增大而增大。（3）在其他条件相同的情况下，对于相同结构参数的三排椭圆管光板换热板芯，错排布置形式的舍伍德数要比顺排布置形式的舍伍德数高，错排布置形式的阻力系数要比顺排布置形式的阻力系数高。 局部实验研究结果表明：（1） 由管子诱发而产生的涡旋流动自然 地造成了板式翅片传热的增强。 尾流区是传热恶化区域,板式翅片的 这部分面积对传热的贡献是很小的。 （2）雷诺数的变化对板式翅片局 部换热系数分布有着明显的影响。 随着雷诺数的提高，换热系数变大。 （3）加设涡产生器板芯的换热效果要远好于光板板芯，加设 CFU 型涡 产生器后， 其横向平均舍伍德数比光板横向平均舍伍德数提高 62％～ 78％，加设 CFD 型涡产生器后，其横向平均舍伍德数比光板横向平均 舍伍德数提高 44％～55％。 （4）加设 CFU 涡产生器板芯的换热效果要 远好于加设 CFD 涡产生器板芯， 其横向平均舍伍德数比 CFD 涡产生 器板芯提高 17％～24％。 【参考文献】 ［1］阎皓峰,甘永平.新型换热器与传热强化.北京:宇航出版社,1991. ［2］杨世铭,陶文铨.传热学.北京:高等教育出版社,1998. ［3］周勇,张永恒,王良璧.涡产生器翼高对管板式换热器传热特性的影响.兰州铁 道学院学报（自然科学版）,2001. ［4］周朝辉,梅元贵.攻击角对涡产生器式圆管板式翅片强化传热的影响.制冷与 空调,2003. ［5］姜国栋,张永恒,郑玉等.涡产生器圆管管片式机车柴油机中冷器传热与阻力 研究.铁道学报,1999. 作者简介：张鹏（1981—），男，内蒙古满洲里人，兰州交通大学 2006 级研究 生。 ［责任编辑：张慧］ |
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